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ucu
并联
机械手
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检测
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6-UCU并联机械手的奇异性分析与检测,ucu,并联,机械手,异性,分析,检测
- 内容简介：
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6刘国军，刘志军，刘小春，刘俊伟 中国哈尔滨哈尔滨工业大学电液伺服模拟与测试系统研究所（ 尔滨，中国 文章历史： 收到 2012年 7月 26日收到修订表格 2013年 9月 5日 接受 2013年 9月 14日 可在线于 2013年 10月 18日 关键词：奇点分析奇异性检测 、 台 、 6摘要 6 台（ 实践中得到广泛应用。 奇点已被许多学者研究，但他们的作品主要集中在确定用奇异点分割方法或用雅可比矩阵搜索解的方法。另一方面，本文研究了 6行机械手的不同点，不仅是主动关节，而且是被动万向节。基于使用螺旋理论的自由度方法推导出两种奇异点。奇异性检测对于证明在规定的工作区或可达到的工作区中不存在奇异性对于实际使用 6联机械手来说至关重要。通过使用进化策略来检测 6出案例研究来证明所提出的奇点检测方法的有效性。 与球形接头相比，万向节在较大 的角度范围内可承受更大的张力和旋转，6 1955年设计的轮胎试验机 1（在斯图尔特论文 2的评论者通讯部分中，戈夫指出：“事实上，把千斤顶连接在平台上的万向联合系统与将这些千斤顶连接到基地的联合系统相同”），第一个运动模拟器由 967年 4，商业飞行模拟器 5，中国的对接测试系统和我们实验室生产的其他 30 多个运动模拟器，以及 000E 运动基础 6专利。 奇异性是关键结构，其中机制的动力学行为相对于全循环条件突然变化 7。许多研究人员研究了 奇点。 8使用 何系统地研究了3/6 9在投入产出速度图上研究了 10研究了 11提出了一种分析方法，以图形方式表示普通 et 12基于机械的运动状态和线性复杂度，分析了 3/6和 6/6 述所有参考文献仅考虑了由雅可比矩阵得出的奇 点 从 输入 - 输出速度图，但它们没有考虑被动关节引起的奇点。基于输入输出方程的奇异性分析方法可能无法检测到一般闭环情况下的某些奇异点，如 13示。为了在更一般的框架下研究奇点， 16提出了一种基于速度方程来确定和分类任意非冗余机制的所有奇点的方法，但是在某些情况下，它们的方法可能是非直接或不明确的，这是由于从设备最终用户的观点 7。赵和周 17提出了一种用往复螺钉理论分析空间并联机械手奇异性的方法，但并没有考虑到由致动关节引起的奇点。 et 18解决了 具有终端限制的空间并联机械手的奇异性，但是它们也没有考虑由致动关节引起的奇点。 7为了识别和解释奇异事件的原因，提出了基于产生现象的物理原因的一般平行运动链的奇异性分析方法。为了简单分析和解释奇异事件的原因，本文通过考虑被动关节和致动关节的螺旋理论，基于自由度理论研究了 6 在实践中，在机器人的设计阶段确定在给定的工作空间或轨迹内是否存在奇点是至关重要的 19。奇异性检测的快速直线是 - 否答案很重要 19。 Su et 20将目标函数设为 J）的平方（ 并使用实数编码遗传算法搜索最小值以检测给定工作空间 不是考虑了腿部长度限制的限制，并且六维工作空间非常难以获得。 21使用间隔分析法，通过搜索J）来检测 是这种方法的主要缺点是需要一些间隔分析方面的专业知识来实现 有效的实现 19。 6提出了一种使用 算法来查看广泛的恒定方向工作空间的雅可比矩阵的行列式的符号，以检测 一种方法是使用符号语言程序进行奇 异检测：首先获得 J） = 0的分析表达式，然后固定三个移动变量来绘制单个位点表面和工作空间，以确定工作区中是否存在奇异点 22但奇异性只是在某些特殊姿态下确定，而不是整个可达到的 6D 工作空间。据我们所知， 6联机械手的所有奇异检测方法都不被认为是由无源万向节引起的奇异点。本文提出了考虑到被动和主动关节的 6 在本文中，第 6 节分析了 6联机械手的奇异点。第 3 节提出了奇异性检测算法。第 4节研究了一些情况，以说明本文提出的奇异性检测算法的使用。结论 见第 5节。 6个固定基座和六个相同的腿。每条腿由腿部两端的两个万向接头和中间的圆柱形接头组成。第 i（ i = 1的活塞在点 具有通用接头而安装在平台上，气缸在点 以万向节连接到基座。实际上，活塞的活塞和活塞不仅缩回或延伸），而且还被动地沿轴线旋转。如图所示。 1，世界框架 定在原点 O 的基础上，并且框架 定在原点 图 1从物理现象的原因， 6机械手的奇点可以分为腿奇异性和执行器奇异性两种。如果移动平台的连接在瞬时姿势下变为小于 6，则该类型奇点被定义为腿奇点。如果致动关节不能以瞬时姿态有效地驱动整个 6行机械手，则该类型奇异点被定义为执行器奇点。 为了完全分析 6联机械手的奇异点，我们定义了一个瞬时参考系，其原点位于 且平行于帧 x， y和 u， v和 后我们表达所有关于这个瞬时参考系的接头螺钉。图。图 2 描绘了 的等效运动链，其中下万向节由两个相交的单位螺钉（下标 0代表零间距）和 1代替，并且上 万向接头被两个相交的单元螺钉 5代替， 6，圆柱体接头由两个共线单元螺钉代替，下标 1代表无限螺距）和 4 有 1个与每条腿相关联的六个关节螺钉。第三关节是唯一的致动关节，其余五个是被动的。致动关节螺钉是无限螺距，剩下的五个是零螺距。让 是第 后一条腿的六个单位接头螺钉可以写成 图 2. 其中ip=ip，il in=iB iP，4s ; i = 3s; i，所有这些向 量都以帧表示 1零列向量。 奇点 我们现在将每条腿视为开环链，并表示移动平台在接头螺钉方面的瞬间扭转 其中 1是第 $ 其中 是框架 是 1 的平移速度矢量。 由第 跨越的矢量子空间是 根据互惠螺旋理论 25，我们可以得到所有的 第 j=1， .， 定义由第 那我们有 定义由所有腿反向螺钉跨越的矢量子空间为 其中 移动平台相对于固定基座的扳手系统的尺寸。 然后移动平台相对于固定基础 连通性是 25 这可以从方程式推导出来（ 2） （ 6）表示：对于 6联机械手，如果有腿 ， 6后考虑由 6- 下万向节的第一个旋转关节轴（ 1s ; i）和同一条腿的轴向方向（3s; i）是共线的，那么 6图所示。如图3所示，如果第 1和 2处于共线状态，则可以推断出（从往复螺杆理论 25），扳手 限制了移动平台的移动。 通过点行于 1，可以从等式（ 2）至（ 6）中移动平台相对于固定基座的连接度小于 6，然后 6 当上万向接头的第二旋转接头轴线（6s; i）和同一腿部（3s; i）的轴向方向共线时， 6 图 图 如图所示。如图 4 所示，如果第 i 腿的螺钉 和 处于共线状态，则可以推断出（从往复螺丝理论 25）有一个扳手 限制了移动平台的运动。 通过点 平行于 ，可以从等式（ 2）至（ 6）中移动平台相对于固定基座的连接度小于 6，然后 6 行器奇点 并联机构中的致动接头的有效性是 25“致动接头的选择应确保在一般结构中，被 当没有腿奇异性时，如果致动关节可以有效地驱动 6 须为 6。 如图所示。 5，阻止第 i 支腿的致动关节，第 。 的音调为零，沿 的单位向量为3s ; i。 表示为 图 5. 致动接头被堵塞时） n, 6 012in 0134 0138 013in by to of or On by of on a of is to of or a a of by to in of to of 2013 in SP in as 955 13 (In s 2, of to to to ), 967 4,5, 0 by 000E 6in of a to 7. SP 8 to of 9 SP on 10 11 a to of et 12 by on in 1315. In to in a et 16 a of on or in to of at of s 7. 17 a to of of by et 18 of In to 7 of of to of SP on a of by in it is of a a or or 19. A no of is 19. Su et 20 as of J)(J is 2013 G. 0 (2014) 172179to to SP is of is to 1 to SP J), of is in is to an 19. et 6 an to at of of a of is of J)0, to is or no in 224, is at D In of in of . . of of of a of at of a in of i16) is to at i, is to at or of As ,on at ,on at of be If of is to at an is as If at an as to of we an at 1u, v, to x, y, z of we to 2 of a is by $ is by $is by $ is ve is an ve sj;a of of be s1;i#$s2;i#$s3;i#$s4;i#$s5;i#1. 2. of a et (2014) 172179 173$s6;i#1nis4;is3;i, in is a 3as an of in of p_of $of pw is of of in in by Si,$rito 25, we j1,.,of of of of by to $; $ciwe 4by to $1; $1; $6; $6of of to of 5is be (2) 6) if is a of i, is in a by of s1;i)of of s3;i) is in a As 3,in it be 25) is a $i,It is be (2) 6) to is , is in a s6;i) of of s3;i)is in 4, if it be 25) is a $i, It is be (2) 6) to is , is in a of in 25 “of in OF of be is no if 5, of s3;i. $as$s3;i#73. in 4. in et (2014) 172179174by pb,$1$2$3$4$5$61$1$2$3$4$5$6#q. (9) 1is of , is to J)0, it is in a it is of a a or or 19. A no of is 19. of SP , is no of in as 26. is a ) in by of it is a by it is a To we 2728. to of to no 26. 9 no to in is 6, as of to or of is in a 5. of a is 6. of of 50of 000 50 5000G. et (2014) 172179 1751 1 2 2 1121314151611 1121314151612 1222324252622 1 2 as . a to (12) at a . to . as 6) to f1 f1 of or . If to is a in or If to is no in or . a to (12) at a . to . 9 to as 6) to f1 of . If f1 to is
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